ZnO纳米棒光学性质的调制及其稳定性

采用醋酸锌和六亚甲基四胺为源,95℃下在生长ZnO籽晶的玻璃衬底上生长了大面积分布均匀的ZnO纳米棒阵列.用X射线衍射仪、扫描电镜和光谱仪分析了纳米棒的结构、形貌和光学性质,研究了溶液中Zn2+的浓度及其与六亚甲基四胺的相对比例对纳米棒性能的影响.结果表明,纳米棒的尺寸和性能对溶液中Zn2+离子和六亚甲基四胺的浓度及相对比例非常敏感,通过调制他们的浓度与比例可以有效地调制纳米棒的尺寸与性能.当Zn2+与六亚甲基四胺的比例一定时,增大Zn2+的浓度促进纳米棒的择优生长;在一定的Zn2+浓度的溶液中,增大六亚甲基四胺的浓度,ZnO纳米棒的长度和直径都随之增大,ZnO纳米棒有非常良好的c轴择优取向,趋向于沿垂直于衬底的方向生长,同时纳米棒的紫外荧光增强,可见区荧光减弱.350℃下退火20min后,纳米棒阵列的紫外荧光减弱.     

高分子络合法自组装ZnO纳米结构和形貌调控

研究采用高分子络合法工艺制备ZnO纳米结构材料时晶体尺寸、形貌和质量的控制影响因素和机理.发现ZnO纳米结构的自组装生长由其极性生长特征和高分子网络骨架限域所决定.采用不同络合材料可调控ZnO纳米结构的形貌,如以聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等高分子材料作为络合剂时,分别可以得到均匀直径的ZnO纳米棒、纳米线,而作为对比,当以氨水、柠檬酸钠和六亚甲基四胺等小分子材料作为络合剂时,则分别得到ZnO纳米花、纳米片和棒槌状纳米棒;控制适度弱碱性的络合溶液pH值有利于ZnO纳米结构沿［0001］取向生长,在弱碱性溶液中易得到长柱状ZnO纳米线,而在强碱性溶液中易形成短的ZnO纳米棒以至颗粒.     

FTO玻璃基底上直接制备ZnO介孔纳米片及表征

以Zn(NO3)2.6H2O和(NH2)2CO为源物质,通过水热法以及退火工艺,在F:SnO2(FTO)导电玻璃表面制备了ZnO介孔纳米片薄膜.XRD表征结果表明,经由水热法直接生长在导电玻璃表面的薄膜为Zn(CO3)x(OH)y.nH2O,属于底心单斜晶体结构;经过退火以后,Zn(CO3)x(OH)y.nH2O转变成六角纤锌矿结构ZnO.能谱测量结果也佐证了这一点.扫描电子显微镜(SEM)图像表明,退火后得到的ZnO薄膜为垂直于导电玻璃表面的纳米片结构,纳米片表面密布着纳米尺度的孔洞.在FTO导电玻璃表面直接制备的ZnO介孔纳米片结构可望提高染敏电池光伏性能,是一种有潜力的工作电极结构材料.     

化学水浴法制备柔性衬底的ZnO纳米棒阵列

利用化学水浴法在预先制备的聚酰亚胺(PI)/ZnO薄膜衬底上生长ZnO纳米棒阵列。通过X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对ZnO纳米棒阵列进行表征。考察衬底的性质、反应溶液的浓度、反应温度和反应时间对ZnO纳米棒阵列的影响。结果表明:c轴取向生长的ZnO薄膜衬底有助于形成六棱柱形ZnO纳米棒晶体。水溶液环境中生长的ZnO纳米棒晶体长径比受到反应溶液浓度和温度的影响。ZnO生长初期c轴方向生长速度较快,经过一段时间后纳米棒的直径开始增大,并且能和周围的纳米棒晶体融合生长形成更大的纳米棒晶体。     

铕掺杂ZnO纳米棒的生长及其光电性能的研究

利用水热法在硼掺杂金刚石膜上生长铕(Eu)掺杂Zn O纳米棒(Zn O:Eu),其形貌与Eu的掺杂量密切相关。掺杂0.01 mol/L Eu时对Zn O纳米棒生长影响较小,随着掺杂浓度的增加,Zn O纳米棒顶部出现"尖端聚集现象",这种聚集现象是和纳米棒制备过程中电荷积累相关的,稀土元素能提供更多的电荷,使Zn O纳米棒顶端产生强的局部电场,相近纳米棒尖端会聚集一起。制作了以p型金刚石为衬底生长的Zn O:Eu异质结,并对其电学性能深入研究,实验结果表明该异质结对整流特性有良好反应。     

聚乙烯亚胺对ZnO纳米线阵列膜的形貌和光电性能的影响

采用X射线衍射仪、投射电镜仪和扫描电镜仪等测试手段,系统地研究了不同聚乙烯亚胺(PEI)浓度对ZnO纳米线阵列膜的形貌、线密度和尺寸的影响及ZnO纳米线阵列膜的光电性能.研究结果表明,在PEI浓度从3.2 mmol.L-1变化到9.3 mmol.L-1所制备的所有ZnO纳米线阵列膜中,使用7.3 mmol.L-1PEI浓度合成的ZnO纳米线阵列膜,制成染料敏化太阳能电池后获得0.66%的最高的光电转换效率.     

络合-超滤耦合分离过程聚合物回收与回用的研究

水溶性聚合物络合-超滤耦合过程是一种新型的工业废水处理方法。它不但能够实现金属离子废水回用,而且还能浓缩金属离子废水,以便于金属的进一步回收。采用聚乙烯基亚胺(PEI)、聚丙烯酸钠(PAA)为络合剂络合处理金属离子后的浓缩液,可通过调节溶液酸碱度,采用超滤的方法将聚合物与金属离子分离。实验表明:当调节浓缩液pH=1(稀土离子-La2 和Eu2 浓缩液)和pH=2(重金属离子-Cu2 和Zn2 浓缩液)时,在体积稀释因子VDF=3时,恒容超滤过程可以回收92%以上的PEI和PAA,将回收后的聚合物重新用于络合-超滤耦合过程处理含稀土或重金属离子废水,效果与新鲜的PEI和PAA没有明显差别。     

复合分级结构的锐钛矿TiO2纳米花的合成及其光电性能

半导体氧化物可用于染料敏化太阳能电池光阳极材料。一维纳米结构氧化物比球形纳米粒子具有更高效的电子传输和收集能力。然而,它们受制于因小的比表面积致使低的染料吸附量以及差的电子抽取能力的膜结构。采用一步水热法成功地合成了TiO_2纳米花,该纳米花为锐钛矿相并且是由纳米棒作为基本构成单元的复合分级结构。反应时间可以控制该结构的演化。反应时间对这种结构的TiO_2纳米花对染料分子的吸附能力有较大影响。最高的电池效率(7.29%)是使用70 h反应条件下合成的TiO_2纳米花所获得的。     

ZnO/Cu2O异质结的制备及其光电性能研究

通过两步法制备了由ZnO纳米棒阵列和Cu2O薄膜组成的异质结。首先利用低温湿化学法在掺氟的SnO2导电玻璃(比较FTO)上生长ZnO纳米棒阵列,然后在ZnO纳米棒阵列上通过水热法继续生长Cu2O薄膜,形成ZnO/Cu2O异质结。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪的表征结果得知,ZnO纳米棒阵列具有很好的c轴取向性,其长度为1μm;而Cu2O薄膜的厚度为1.5μm,其(111)面优先沿ZnO的(002)面外延生长。与ZnO纳米棒阵列相比,ZnO/Cu2O异质结在可见光范围内吸收强度明显增强。在模拟太阳光照射下(AM 1.5,100mW/cm2),由ZnO/Cu2O异质结构成的太阳能电池器件的开路电压为0.36V,短路电流密度为7.8mA/cm2,对应的填充因子为31%,光电转换效率为0.86%。     

壳聚糖/ZnO复合材料制备及表征

通过在壳聚糖(CS)溶液中掺入乙酸锌制备了Zn2+/CS复合膜,采用化学溶液沉积法,在Zn2+/CS复合膜上生长氧化锌(ZnO),并通过改变生长液的组成成分寻找其最简单、优化的试验方案.通过UV-Vis、XRD和SEM表征,对样品进行分析研究.结果表明,在Zn(NO)3.6H2 O和NaOH组成的化学溶液环境中,Zn2+/CS复合膜中的ZnO最易生长,在Zn2+/CS复合膜的表面首先形成了一层ZnO粒子膜,然后ZnO粒子长大成六角纤锌结构、没有明显的择优取向的ZnO棒.光学性能测试显示ZnO/壳聚糖复合材料具有良好的光致发光性能.电阻率的测定表明ZnO/壳聚糖复合材料是一种防静电材料.     

一种新型ZnO基微型电极的设计研究

本文提供了一种新型ZnO基微型电极的设计方案,即将半导体材料ZnO纳米棒阵列作为电极材料,它能够保证电极无毒无害的基础上实现其微型结构的设计,其关键技术在于如何控制纳米棒的尺寸和取向.文中采用不同的化学方法(水热法、化学溶液沉积法等)生长ZnO纳米棒阵列,并通过改变实验条件控制纳米棒的尺寸和取向.研究结果表明,采用冰水CBD和两步CBD法可以有效地控制纳米棒的尺寸和取向.     

微波水热法制备ZnO/氧化石墨烯及其光电化学性能研究

利用微波水热法在316L不锈钢片基底上制备一维ZnO纳米阵列/氧化石墨烯(ZnO/GO)复合材料,借助SEM、TEM、UV-Vis及可见光光照下的恒电位i-t曲线等手段,对加入氧化石墨烯浓度不同的ZnO/GO样品的形貌、结构及光电化学性能进行表征。结果表明,ZnO纳米棒均匀垂直于316L不锈钢基底生长,GO片层嵌入在ZnO纳米棒结构中间;GO的引入促进了ZnO中产生的光生电子-空穴对的分离,从而使ZnO/GO复合材料相较于ZnO具有更佳的光电化学性能。当加入GO溶液浓度为0.5mg/mL时,所制样品中ZnO纳米棒阵列发育完善、排列致密,样品的光电流密度达到18μA/cm~2,为纯一维ZnO纳米结构相应值的3.6倍。     

水热法制备TiO2-ZnO纳米棒分级结构及其光电性能研究

为了增加光电极光生电子传输通道并提高其光敏剂的负载能力,采用两步水热法制备了一种新颖的TiO_2-ZnO纳米棒分级结构。采用水热法在FTO导电玻璃基底上生长TiO_2纳米棒有序阵列膜,通过浸泡提拉在TiO_2纳米棒上包覆一层ZnO溶胶,经烧结形成ZnO种子层;再次采用水热法于TiO_2纳米棒上生长ZnO纳米棒,形成TiO_2-ZnO纳米棒分级结构,通过旋涂辅助连续离子反应分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2-ZnO纳米棒分级结构中沉积光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜。利用SEM,TEM,XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等表征和测试手段,对样品的形貌、结构、光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,与单纯的TiO_2纳米棒阵列相比,TiO_2-ZnO分级结构可以沉积更多的CdS光敏剂,CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜的光吸收性能和瞬态光电流均明显优于CdS/TiO_2纳米复合薄膜。凭借优异的光电性能,TiO_2-ZnO分级结构在太阳电池光阳极材料中具有很好的应用前景。     

Zn基ZnO纳米棒阵列的制备和发光特性

N2H4.H2O水热体系中,在Zn基底上制备出了ZnO纳米棒薄膜。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)及发致发光谱(PL)等分析测试手段,研究了ZnO薄膜的形貌结构和发光特性。结果表明,预处理工艺不同,Zn基底表面状态不同,ZnO薄膜形貌也不同。在经预氧化形核的Zn基底上易于制备ZnO纳米棒薄膜。在单一取向的Zn基面上,易于制备ZnO纳米棒阵列。PL测试分析表明,ZnO纳米棒有强的近带边紫外光发射峰和弱的缺陷发射峰。阵列棒本征发射峰强度最高、缺陷峰最弱,反映了该ZnO纳米棒结晶质量高。     

Ag纳米颗粒修饰对La掺杂ZnO纳米棒光催化性能的影响

采用水热法和光沉积制备Ag纳米颗粒修饰的La掺杂ZnO纳米棒,并通过光催化降解甲基橙(MO)溶液,考查了La掺杂浓度和Ag修饰对ZnO纳米棒光催化性能的影响.结果表明:La掺杂和Ag修饰能够提高ZnO纳米棒的光催化性能.La掺杂改变了ZnO纳米棒的结晶质量,La—O键的形成使ZnO晶体的本征吸收边红移且吸收强度增加,同...     

均匀沉淀法制备ZAO纳米棒

采用均匀沉淀法,以尿素、Zn(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O为原料,在水乙二醇溶液中制备了Al掺杂ZnO(ZAO)纳米棒.X射线衍射(XRD)分析表明:纳米棒为六方纤锌矿结构,掺杂的Al3+取代了Zn2+的位置,形成A1/ZnO固溶体,保持了ZnO的结构.前驱体的红外光谱(FTIR)分析表明:乙二醇的加入改变了纳米材料的表面状态.扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(TEM)结果显示:随着反应体系中乙二醇体积比和Al掺杂量的增加,ZAO纳米棒的长径比先增大后减小,在V(水)/V(乙二醇)=4、Al掺杂量为5%(摩尔分数)时,制得长径比最大为25、直径为10 nm的纳米棒.     

球形花状ZnO微-纳分级结构的制备及其光电化学性能

文章采用一种热蒸发的方法在镀有Zn膜的掺F的SnO2(FTO)导电玻璃上制备出球形花状ZnO微-纳米分级结构,利用SEM、XRD、PL等手段对球形微-纳米结构的形貌、成分和发光性能进行了分析。分析结果表明,球形花状六方纤锌矿ZnO微-纳米分级结构具有表面多孔特征,有利于染料的吸收。球形花状ZnO微-纳米结构存在近带边发射的近紫外发光(402nm)和来自于深能级缺陷的可见发光(460nm和500nm)。将所制备的样品作为光阳极组装成染料敏化太阳能电池(DSSC),该电池的转换效率η=0.67%,比以纳米棒、树枝状纳米结构、纳米梳作为光阳极材料的DSSC的转换效率要高,但是整体转换效率不高,这是由于晶体内部较多缺陷引起的。     

Co掺杂对ZnO纳米棒阵列的结构和性质的影响

通过70℃水热反应制备高密度排列的Zn1-xCoxO(x=0.05,0.10和0.15,统记为ZnCoO)纳米棒阵列,用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光致发光光谱(PL)进行表征.结果表明:Co2+替代Zn2+掺入了ZnO的晶格中,纳米棒沿[0001]方向垂直生长在含ZnO种子层的玻璃上,纳米棒平均直径约为150nm,长4.5μm.ZnO种子层和Co掺杂在ZnCoO纳米棒成核和择优生长中起着重要作用.PL光谱是由宽紫外光带(UV)和可见光(VL)构成.ZnCoO纳米棒阵列UV峰位与纯ZnO的相比发生了蓝移.随着Co含量的增加,UV峰明显宽化并发生红移.文中对紫外峰的宽化和红移起因以及ZnCoO阵列的形成机制进行了讨论.     

ZnO纳米板条的合成及其生长机理

采用水热法成功合成了ZnO纳米板条.XRD谱表明该条板六方晶系结构,格点对称群为P63 mc(186),格点参数a=3.249 (A),C=5.505 2 (A).SEM图表明该ZnO纳米板条的长度大约为20μm、宽度为50～300 nm,厚度约为30 nm.并详细介绍了合成ZnO纳米板条的实验过程及生长机理.分析结果表明ZnO纳米板条的形状与生长热系统的压力、温度、溶液的pH值以及锌在参加反应前的存在状态有关.     

水热法制备ZnO纳米棒阵列及其表征

采用两步低温水热法在Si片衬底上制备形貌规整的ZnO纳米棒阵列,纳米棒长度约为5μm.利用扫描电镜(SEM)、PL光谱测试对ZnO纳米棒的微观表面形貌和光学特性进行表征分析.探究制备过程中两次水热的生长液浓度对ZnO纳米棒形貌的影响,通过表征对比获得最优的生长液浓度范围.实验首先利用提拉退火等工序在衬底上获得ZnO的晶种层,再经过两次水热反应制备出分布均匀、有序生长、取向一致的较为理想的纳米棒阵列.